TỔNG QUAN, GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
GIỚI THIỆU VỀ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG
1.1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của mạch. Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại, chính vì vậy mà điện phải được sử dụng một cách thích hợp Việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng dựa trên nhu cầu tiết kiệm điện nhưng vẫn không tốn công sức trong việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Mạch cảm biến được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị chiếu sáng quan thuộc như đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang… nhằm mục đích đảm bảo được nhu cầu chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện năng và công sức con người.
1.1.2 Các sản phẩm đã có trên thị trường
Trên thị trường hiện nay có nhiều sản phẩm ứng dụng mạch cảm biến ánh sáng phục vụ chiếu sáng, như đèn vườn tự động sử dụng năng lượng mặt trời, tự động sạc và bật sáng vào ban đêm Ngoài ra, đèn LED cảm ứng cũng tự động phát sáng khi trời tối và tắt khi có thiết bị chiếu sáng khác, rất tiện lợi khi lắp đặt ở cầu thang, phòng ngủ và nhà vệ sinh để tránh nguy cơ vấp ngã trong bóng tối.
Các sản phẩm hiện nay thường sử dụng pin sạc hoặc năng lượng mặt trời, dẫn đến tuổi thọ không cao và tốn thời gian sạc Do đó, việc phát triển một mạch cảm biến ánh sáng sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện không chỉ tiện lợi mà còn có tuổi thọ tốt hơn, giúp tiết kiệm thời gian và loại bỏ nhu cầu sạc.
Chương 1: Tổng quan, giới thiệu đề tài
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH
Hình 2.1 Sơ đồ khối của mạch
Khối chỉnh lưu : sử dụng nguồn 220V qua cầu điode trở thành 12V cung cấp cho mạch.
Khối cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, sử dụng quang trở Khi ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở của nó sẽ giảm đáng kể so với trạng thái không có ánh sáng.
Khối khối hiển thị: hiển thị ánh sáng, ở đây là đèn dây tóc.
Tác nhân: ánh sáng tự nhiên( ánh sáng mặt trời ), ánh sáng nhân tạo( đèn pin).
MỤC TIÊU YÊU CẦU CỦA MẠCH
Để ứng dụng mạch điều khiển bật tắt thiết bị điện, cần giải quyết nhiều vấn đề như giá thành, linh kiện và điều kiện khí hậu Do đó, yêu cầu quan trọng là phát triển một mạch không chỉ có chi phí hợp lý mà còn hoạt động ổn định trong mọi điều kiện thời tiết.
Sản phẩm làm ra phải áp dụng vào thực tiễn tốt Ngoài ra còn phải đảm bảo về mặt thẩm mỹ của sản phẩm.
Hoạt động ổn định khi nguồn biến đổi.
Đèn cần tự động tắt khi trời sáng và bật lại khi ánh sáng giảm xuống một ngưỡng nhất định Hệ thống có độ nhạy cao và ổn định, với mạch thiết kế đơn giản và dễ dàng tùy biến.
Tín hiệu đầu vào của hệ thống là ánh sáng, cụ thể là ánh sáng chiếu vào quang trở Tín hiệu này có thể thay đổi dần theo thời gian, đặc biệt là khi là ánh sáng mặt trời.
Trang 8 đột ngột (nếu là ánh sáng nhân tạo) Tín hiệu đầu ra là tín hiệu quang, cụ thể là ánh sáng của đèn dây tóc
Chương 1: Tổng quan, giới thiệu đề tài
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch.
Thiết kế, thi công mạch.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này tập trung vào nguyên lý điều chỉnh độ sáng của đèn dựa vào mức độ sáng của môi trường xung quanh, như ánh sáng mặt trời và ánh sáng từ các nguồn khác, mà cảm biến quang trở phát hiện.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tham khảo các tài liệu trên mạng, sách trong thư viện.
LÝ THUYẾT CƠ SỞ VÀ LINH KIỆN
Giới thiệu các linh kiện
Quang trở (LDR) là gì?
Quang trở, hay còn gọi là điện trở quang, photoresistor, photocell, là linh kiện được chế tạo từ chất liệu đặc biệt có khả năng thay đổi điện trở khi tiếp xúc với ánh sáng Nó hoạt động dựa trên nguyên lý quang dẫn, nghĩa là giá trị điện trở của nó sẽ biến đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào.
Quang trở được sử dụng nhiều trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, báo động ánh sáng, đồng hồ ngoài trời,…
Quang trở được cấu tạo từ hai phần chính: phần trên và phần dưới, với các màng kim loại được kết nối qua các đầu cực Linh kiện này được thiết kế để tối đa hóa diện tích tiếp xúc giữa hai màng kim loại, và được đặt trong một hộp nhựa cho phép tiếp xúc với ánh sáng, giúp cảm nhận sự thay đổi của cường độ ánh sáng.
Quang trở chủ yếu được cấu tạo từ Cadmium Sulphide (CdS), một chất quang dẫn đặc trưng Trong điều kiện không có ánh sáng, CdS thường chứa rất ít hoặc không có hạt electron.
Hình 2.2 Cấu tạo, ký hiệu
Quang trở là một loại chất bán dẫn có điện trở rất cao, thường lên tới vài MΩ trong bóng tối và giảm xuống còn một đến vài trăm Ω khi có ánh sáng chiếu vào.
Chương 2: Lý thuyết cơ sở
Quang trở hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, trong đó các photon có năng lượng lớn tác động lên vật chất, khiến electron thoát ra khỏi phân tử và trở thành electron tự do Sự chuyển đổi từ chất bán dẫn sang dẫn điện diễn ra khi có đủ photon được hấp thụ, và mức độ dẫn điện của quang trở phụ thuộc chủ yếu vào số lượng photon này.
Khi ánh sáng chiếu vào quang trở, electron được giải phóng, dẫn đến việc tăng độ dẫn điện Phản ứng của quang trở đối với các loại sóng photon khác nhau phụ thuộc vào loại chất bán dẫn được sử dụng.
Quang có nhiều ưu điểm nổi bật như giá thành thấp và sự đa dạng về kích cỡ, phù hợp với nhiều loại bo mạch khác nhau, trong đó kích thước phổ biến là 10mm Bên cạnh đó, quang còn có mức tiêu thụ năng lượng và điện áp hoạt động thấp, mang lại hiệu quả sử dụng cao.
Nhược điểm của quang trở là thời gian phản hồi chậm, dẫn đến độ chính xác không cao Thời gian phản hồi của quang trở dao động từ hàng chục đến hàng trăm mili giây.
Quang điện trở là thiết bị quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử, nhờ vào cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và độ bền cao Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế mạch điện tử và thiết bị điện, phục vụ cho nhiều hạng mục khác nhau.
Đồng hồ đo ánh sáng chụp ảnh
Tự động tắt mở cửa, mở đèn.
Điều khiển ánh sáng cho đèn đường…
Transistor A1015 là linh kiện điện tử transistor lưỡng cực loại PNP A1015 được sản xuất trong vỏ nhựa TO-92.
Transistor A1015 là một lựa chọn PNP chất lượng cao với giá cả phải chăng, thường được sử dụng làm bộ khuếch đại âm thanh hoặc trong các tầng khuếch đại âm thanh Thiết kế của nó đảm bảo hiệu suất ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng âm thanh.
Trang 11 cực góp đến cực phát của transistor là 50V do đó nó có thể dễ dàng được sử dụng trong các mạch hoạt động dưới 50V Để có hiệu suất tốt, nên sử dụng transistor này
Chương 2: Lý thuyết cơ sở trong các mạch hoạt động dưới 40V DC Công suất tiêu tán cực đại của transistor là 400mW và mức khuếch đại dòng DC tối đa là 400, do đó transistor này phù hợp để khuếch đại âm thanh nhỏ Hơn nữa nó cũng có thể được sử dụng làm công tắc và nó có thể xử lý tải 150mA.
Đặc điểm thông số kỹ thuật của A1015
Hệ số khuếch đại dòng một chiều (hfe) - 70 đến 400
Tần số chuyển tiếp: - 80 MHz
Khoảng nhiệt độ hoạt động và bảo quản: -55 đến +125 ° C
Hình 2.4 Sơ đồ chân Transistor A1015
Chương 2: Lý thuyết cơ sở
Transistor có hai chức năng chính: công tắc và khuếch đại Transistor công tắc hoạt động như một khóa điện tử, cho phép bật tắt ứng dụng cho các thiết bị tiêu thụ năng lượng cao và thấp Trong khi đó, transistor khuếch đại thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử như điện thoại và TV để tăng cường âm thanh và hình ảnh.
Ưu nhược điểm của Transistor A1015
Transistor có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm mức tiêu thụ điện năng thấp, độ trễ khởi động gần như không có, và không chứa chất độc hại do không có bộ phận làm nóng cathode Với kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, transistor được tối ưu hóa cho các thiết bị hiện đại, phù hợp với mức điện áp hoạt động thấp gần bằng với pin tiểu Ngoài ra, transistor còn có hiệu suất cao, tuổi thọ dài và ít bị vỡ, điều này khiến chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng.
Transistor có một số nhược điểm, bao gồm khả năng hoạt động suy giảm theo thời gian và hiệu suất kém ở tần số cao và công suất lớn Chúng cũng dễ bị hỏng do sốc điện hoặc nhiệt và nhạy cảm với bức xạ.
Trình điều khiển bộ khuếch đại tầng
Có thể sử dụng cặp Darlington
Sử dụng trong làm đèn LED nháy
Mạch tiền khuếch đại âm thanh
Mạch Khuếch đại Âm thanh
Công tắc tải dưới 150Ma
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
Thiết kế và thi công mạch
Chương 3: Thiết kế và thi công mạch
Chương 3: Thiết kế và thi công mạch
Chương 3: Thiết kế và thi công mạch
Chương 3: Thiết kế và thi công mạch
`Chương 4 : Kết luận và hướng phát triển đề tài
KẾ LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Kết luận
Sau khi hoàn thành đồ án thiết kế và lắp đặt mạch tự động bật/tắt và điều chỉnh đèn sử dụng cảm biến ánh sáng, nhóm nhận thấy mạch đã đạt được sự hoàn chỉnh nhất định, tuy nhiên vẫn còn một số khía cạnh cần được phát triển thêm.
Mạch tự động bật/tắt đèn theo ánh sáng là một ứng dụng đơn giản nhưng hiệu quả, thường được sử dụng trong các lĩnh vực như đèn đường, nhà kho và các trang trại Với chi phí sản xuất thấp và độ ổn định cao, đây là một thành công nổi bật trong ngành công nghiệp điều khiển tự động Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và kiến thức thực tế, quá trình thực hiện có thể gặp một số thiếu sót Việc sử dụng điện 220V, nguồn xoay chiều, đặt ra yêu cầu cao về an toàn, vì vậy cần cẩn trọng khi thi công mạch và tránh chạm vào các linh kiện khi đã cấp nguồn.